(Luận văn thạc sĩ) giấu tin trong file âm thanh bằng các phép biến đổi rời rạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ ANH DŨNG GIẤU TIN TRONG FILE ÂM THANH BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC LUẬN VĂN THẠC SỸ: KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ ANH DŨNG GIẤU TIN TRONG FILE ÂM THANH BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 0101 LUẬN VĂN THẠC SỸ: KHOA HỌC MÁY TÍNH HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH THANH LÂM THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~i~ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Giấu tin file âm phép biến đổi rời rạc” sản phẩm riêng cá nhân, không chép lại ngƣời khác Trong toàn nội dung luận văn, điều đƣợc trình bày cá nhân đƣợc tổng hợp, nghiên cứu từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ trích dẫn rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, ngày 15 tháng 05 năm 2015 Học viên Lê Anh Dũng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~ ii ~ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy TS Trịnh Thanh Lâm ĐHQG Hà Nội, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên giảng dạy cung cấp cho kiến thức bổ ích thời gian học cao học, giúp tơi có tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp đơn vị tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình bạn bè, ngƣời ln quan tâm, động viên khuyến khích tơi trình học tập Thái Nguyên, ngày 15 tháng 05 năm 2015 Lê Anh Dũng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~ iii ~ MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ ÂM THANH SỐ 1.1 Giới thiệu chung giấu tin 1.1.1 Mã hóa giấu tin 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.2 Các đối tƣợng toán giấu tin 1.2.1 Thông tin mật 1.2.2 Đối tƣợng chứa 1.2.3 Đối tƣợng nhúng 1.2.4 Khoá mật 1.3 Mơ hình kỹ thuật giấu tin 1.4 Các tiêu chí đánh giá tốn giấu tin 10 1.4.1 Khả không bị phát 10 1.4.2 Tính bền vững 11 1.4.3 Khả lƣu trữ 11 1.4.4 Tính vơ hình 12 1.4.5 Độ phức tạp thuật toán 12 1.5 Một số ứng dụng cụ thể 12 1.6 Các công hệ giấu tin 15 1.7 Âm số 16 1.7.1 Khái niệm âm âm số 17 1.7.2 Một số định dạng file âm máy tính 18 1.7.3 Cấu trúc file âm dạng WAV 21 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~ iv ~ 1.8 Một số kỹ thuật giấu tin file âm 23 CHƢƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC 26 2.1 Các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số 26 2.1.1 Phép biến đổi Fourier 26 2.1.2 Phép biến đổi Cosin rời rạc 27 2.1.3 Phép biến đổi Wavelet 29 2.2 Một số kỹ thuật giấu tin dựa biến đổi khối bít nhị phân 30 2.2.1 Mã hóa LSB (Least Significant Bit) 31 2.2.2 Mã hóa Parity (Parity Coding) 32 2.3 Thuật toán giấu tin phép biến đổi rời rạc số nguyên 34 2.3.1 Một số phép biến đổi rời rạc số nguyên 34 2.3.2 Thuật toán Wu-Lee 35 2.3.3 Thuật toán Wu-Lee cải tiến 38 2.3.4 Thuật tốn giấu chuỗi bít khối tin 40 CHƢƠNG TRIỂN KHAI CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 48 3.1 Mục đích, yêu cầu 48 3.2 Yêu cầu cấu hình hệ thống 48 3.3 Lựa chọn định dạng file âm thực nghiệm 48 3.4 Sơ đồ chƣơng trình 49 3.5 Thuật toán giấu tin trích rút tin theo kỹ thuật đề xuất 50 3.5.1 Giấu tin 50 3.5.2 Trích rút tin mật 52 3.5.3 Một số hàm thủ tục giấu tin 53 3.6 Kết thực nghiệm 54 3.7 Đánh giá kết thực nghiệm 64 3.8 Các khả ứng dụng 64 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~v~ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAC - Định dạng âm chuẩn (Advanced Audio Coding) A/D D/A - Biến đổi tƣơng tự/số ngƣợc lại (Analog/Digital) AIFF - Định dạng không thông tin (Audio Interchange File Format) DCT - Phép biến đổi Cosin rời rạc (Discrete Cosine Tranform) DES - Hệ mật mã chuẩn (Data Encryption Standard) DSP - Xử lý tín hiệu kỹ thuật số (Digital signal processing) FLAC - Nén âm không liệu (Free Lossless Audio Codec), FT - Biến đổi Fourier (Fourier Transform) HAS - Hệ thống thính giác (Human Auditory system) HVS - Hệ thống thị giác (Human Vision System) IDE - Mơi trƣờng phát triển tích hợp (Integrated Development Environment) IFT - Biến đổi Fourier ngƣợc (Inverse Fourier Transform) LSB - Bít quan trọng (Least Significant Bít) MP3 - Định dạng nén âm (Movie Picture Experts Group-Layer 3) PCM - Điều biến mã xung (Pulse Code Modulation) RSA - Mã hóa cơng khai RSA (Rivest, Shamir Adleman) WAV - Định dạng âm dạng sóng (Waveform Audio Format) WMA - Định dạng âm Microsoft (Windows Media Audio) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~ vi ~ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Mơ hình mã hóa thơng tin Hình 1.2 Một cách phân loại kỹ thuật giấu tin Hình 1.3 Lƣợc đồ chung cho trình giấu tin Hình 1.4 Lƣợc đồ chung cho q trình trích rút thơng tin 10 Hình 1.5 Mối quan hệ yếu tố toán giấu tin 12 Hình 1.6 Ảnh gốc Lena logo viện khoa học Ấn Độ 13 Hình 1.7 Ảnh Lena đƣợc nhúng thủy vân hiển 14 Hình 1.8 Thơng tin bị xuyên tạc 14 Hình 1.9 Tín hiệu âm 17 Hình 1.10 Số hóa tín hiệu âm 18 Hình 1.11 Mơ tả định dạng file.wav 21 Hình 1.12 Mơ tả 72 byte file âm WAV 23 Hình 2.1 Minh họa kỹ thuật LSB 31 Hình 2.2 Minh họa kỹ thuật mã hóa Parity 33 Hình 3.1 Sơ đồ chƣơng trình thử nghiệm 49 Hình 3.2 Phổ biên độ phổ pha file chƣa trƣớc giấu tin 57 Hình 3.3 Phổ biên độ phổ pha file sau giấu tin 57 Hình.3.4 Trích đoạn byte file Sony.wav sau nhúng tin mật 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~ vii ~ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 So sánh giấu thông tin mật giấu thông tin thủy vân Bảng 1.2 Một số định dạng file âm máy tính 21 Bảng 1.3 Phần định dạng kiểu RIFF 22 Bảng 1.4 Phần định dạng thông tin âm 22 Bảng 1.5 Phần liệu âm 23 Bảng 3.1 Một số phần mềm giấu tin 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~1~ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, Internet môi trƣờng phổ biến cho việc trao đổi thông tin nhà cung cấp ngƣời sử dụng Do đó, vấn đề an tồn liệu mạng ln ln thách thức nhà quản lý nhà nghiên cứu Các thơng tin Internet dễ dàng bị làm giả mạo, sai lệch bị đánh cắp hacker trình truyền tải liệu Thông tin cá nhân, tổ chức quốc gia đứng trƣớc nguy bị xâm nhập lúc Cùng với vấn nạn ăn cắp quyền, xuyên tạc thông tin, ngày gia tăng Vì vậy, vấn đề đặt làm để đảm bảo đƣợc an toàn, toàn vẹn thơng tin q trình truyền tải Internet Hai giải pháp cho vấn đề mã hóa giấu thơng tin có vai trị quan trọng việc bảo vệ q trình truyền tải thơng tin mật Sự xác thực quyền môi trƣờng trao đổi cơng cộng Việc tìm giải pháp cho vấn đề giúp ta hiểu thêm công nghệ phát triển tạo hội [1] Trong giải pháp đƣợc triển khai giấu tin (Data Hiding) giải pháp đƣợc nhà nghiên cứu phát triển coi hƣớng có nhiều triển vọng Giấu thông tin kỹ thuật nhúng lƣợng thơng tin số vào đối tƣợng thơng tin số khác mà đối tƣợng thƣờng tài liệu, hình ảnh, âm video Các kỹ thuật giấu tin chia làm hai nhóm Nhóm thứ phƣơng pháp che giấu thơng tin trực tiếp Nhóm thƣờng sử dụng bít quan trọng khối bít nhị phân đƣợc sửa đổi để giấu thơng tin Nhóm thứ hai lại che giấu thông tin thông qua phép biến đổi chẳng hạn nhƣ phép biến đổi Cosin hay wavelet rời rạc đƣợc sử dụng rộng rãi [4] Sau tiến hành nghiên cứu tài liệu liên quan đến lĩnh vực giấu tin đa phƣơng tiện nhận thấy kỹ thuật cho kết tốt với Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ~ iv ~ 1.8 Một số kỹ thuật giấu tin file âm 23 CHƢƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC 26 2.1 Các phép biến đổi. .. thông tin truyền tin Tìm hiểu mơi trƣờng cụ thể mà luận văn sử dụng để giấu tin âm số Khái quát số ứng dụng công hệ thống giấu tin Chương Kỹ thuật giấu tin giấu tin phép biến đổi rời rạc Trong. .. HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ ANH DŨNG GIẤU TIN TRONG FILE ÂM THANH BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 0101 LUẬN VĂN THẠC SỸ: KHOA HỌC MÁY